JP6903205B2 - バッチ式熱処理炉 - Google Patents

Description

本発明は、ワークに冷却バラツキが生じる場合に、エリア毎に冷却能力を変化させたり、特定の部位のみ冷却することで、冷却のバラツキを抑制することが可能で、ワークを、より容易にかつより均一に冷却することが可能なバッチ式熱処理炉に関する。

従来、インナーチャンバを備えたバッチ式の熱処理炉により冷却する技術及び装置としては、特許文献１〜５が知られている。特許文献１の「ガス冷却式単室型熱処理炉」は、処理室を形成するインナーチャンバの対向壁にダンパにより開閉される冷却ガス用通気口を設け、ガス冷却時に前記冷却ガス用通気口を開状態として冷却ガスを循環させるガス冷却式単室型熱処理炉において、前記インナーチャンバの冷却ガス用通気口に耐熱材料からなる格子状整流部材を設置したものである。

特許文献２の「金属材料のガス冷却方法」は、焼入れ温度に加熱された金属材料を炉内雰囲気中で強制対流冷却する金属材料のガス冷却方法において、設定冷却曲線と炉内雰囲気温度または炉内金属材料温度とを比較して、その偏差に基づき冷却ファン駆動用モータの回転数を制御するとともに、当該モータの出力が限界に達したとき、温度変化による負荷変動にかかわらず当該限界の最大出力で前記冷却ファン駆動用モータを回転させ続けるようにしている。

特許文献３の「熱処理炉」は、ワークを熱処理する熱処理炉であって、熱処理されるワークが配置される熱処理室と、ワークを冷却する冷却流体を炉内で循環させる冷却ファンと、冷却流体の冷却流れを変更する開閉ダンパと、を備えており、開閉ダンパは、開閉ダンパの開放位置において、冷却ファンに対向して配置される熱処理室の対向壁面に対して角度を有するように設けられている。

特許文献４の「真空熱処理炉」は、夫々断熱壁に沿わせて配設された二つのガス流路のガス出口と、断熱壁の開口部とを連通させて、両ガス流路を通った冷却ガスが相互に衝突しその後開口部を通って存置用空間に流れ込むようにしてある。両ガス流路を通るガス量の比率の変更により、存置用空間に流れ込む冷却ガスの方向が変化するようになっている。

すなわち、内部に被処理物の存置用空間を有する真空容器内には、上記空間を囲む断熱壁が備えられていると共に、上記断熱壁には上記空間に向け冷却ガスを送り込むための開口部が形成してある真空熱処理炉において、上記真空容器の内部において該容器の内面と上記断熱壁との間には、二つのガス流路を夫々断熱壁に沿わせて配設し、上記両ガス流路のガス出口と上記開口部とは相互に連通させて、両ガス流路を通った冷却ガスが相互に衝突しその衝突したガスが上記開口部を通って上記空間に流れ込むようにしてあり、上記両ガス流路には、各々のガス流路を通るガス量の比率を変更する為の変更手段を付設した構成としている。

特許文献５の「真空熱処理炉」は、炉本体内に断熱材で囲繞された加熱室が形成されており、該加熱室内で被熱材を真空加熱した後、該被熱材をガス冷却する熱処理炉であって、加熱室内へ冷却用ガスを噴出させるためのノズルの先端にアタッチメントが取付けられており、該アタッチメントによって冷却用ガスの噴出方向を変更し得るように構成している。

すなわち、熱交換器で冷却した冷却ガスを循環させることによりガス冷却するようにしていて、炉本体と加熱室を形成する断熱材との間に冷却用ガスを加熱室内へ導入するための複数のパイプが並設されており、該パイプのそれぞれに該断熱材を貫通して該加熱室内へと挿入された複数のノズルが取付けられていて、該ノズルのそれぞれ先端部に冷却用ガスの噴出方向を規制するアタッチメントが取付けられ、該アタッチメントによって冷却用ガスの噴出方向を変更し得るようにしている。

特開２００２−３３３２７７号公報 特開２００２−２４９８１９号公報 特開２０１９−１９０８０１号公報 特開平６−１００９２８号公報 特開昭６３−２５５３１９号公報

特許文献１〜３のように、ワークが配置されるインナーチャンバ内に流通されてワークを冷却する冷却流体を炉内で循環させたとしても、複雑な形状のワークを均一に冷却することは難しい。

このため、特許文献４では、被処理物が配置される空間を有する真空容器内において、空間を囲む断熱壁との間に配設した二つのガス流路を通るガス量の比率を変更する構成としている。

しかしながら、空間を囲む断熱壁の一方側のみに二つのガス流路が設けられているため、ワークを十分均一に冷却することは難しい。

特許文献５では、ノズルの先端部外周に摺接し、先端部分が傾斜する円筒部品からなるアタッチメントがネジで止められているので、ワークの形状が変わるたびに、各アタッチメントを止めているネジを止め直してアタッチメントからの噴出方向を各々調節しなければならず、作業が煩雑であるという課題があった。

熱処理においてガス冷却では、ワークを均一に冷却することは困難で、ワークの部位によって必ず温度差が生じる。特許文献１〜５のいずれも、冷却が遅い部位だけを特定して冷却することはできない。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、ワークに冷却バラツキが生じる場合に、エリア毎に冷却能力を変化させたり、特定の部位のみ冷却することで、冷却のバラツキを抑制することが可能で、ワークを、より容易にかつより均一に冷却することが可能なバッチ式熱処理炉を提供することを目的とする。

本発明にかかるバッチ式熱処理炉は、炉体内に設けられ、熱処理室をなすインナーチャンバと、上記炉体内に設けられ、空気を冷却する冷却装置を備えた冷却空間と、上記炉体内で上記インナーチャンバの外周部に設けられ、該インナーチャンバ内と上記冷却空間とを連通する複数の通気流路と、各々の上記通気流路に設けられる蓋体とを備え、各々の前記蓋体は個別に、前記通気流路ごとに前記冷却空間から前記インナーチャンバへの空気の流入量を異ならせるように当該通気流路を開度調節自在に開閉可能であり、各々の前記通気流路は吐出孔を備え、該吐出孔により前記インナーチャンバ内と連通され、複数の上記通気流路には、分岐されて配置される当該通気流路、並びに上記吐出孔の数及び配置が異なる通気流路が含まれていることを特徴とする。

前記蓋体は、前記炉体の外部から開閉可能であることを特徴とする。

前記吐出孔は、前記通気流路の断面積よりも小さな断面積で形成されることを特徴とする。

本発明にかかるバッチ式熱処理炉にあっては、ワークに冷却バラツキが生じる場合に、エリア毎に冷却能力を変化させたり、特定の部位のみ冷却することで、冷却のバラツキを抑制することができ、ワークを、より容易にかつより均一に冷却することができる。

本発明に係るバッチ式熱処理炉の好適な一実施形態を示す縦断面図である。 図１のバッチ式熱処理炉に備えられる閉塞板のスライド駆動機構を示す概略斜視図である。 図１中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。 図１のバッチ式熱処理炉に備えられる蓋体の開閉駆動機構を示す概略斜視図である。 図１のバッチ式熱処理炉で、ワークを装入するために炉体下部から炉体上部を分離した状態を説明する説明図である。 図１のバッチ式熱処理炉で、冷却時における熱処理炉内の状態を説明する説明図である。 図６に示した冷却時における蓋体の開閉状態の一例を説明する説明図である。 本発明に係るバッチ式熱処理炉で採用可能な通気流路及び吐出孔の配置の一例を説明する、内周側壁を周方向に展開した展開図である。

以下に、本発明にかかるバッチ式熱処理炉の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係るバッチ式熱処理炉１は、図１に示すように、炉体であるケーシング２のほぼ中央部に熱処理室をなすインナーチャンバ３が配設されている。

ケーシング２は、円筒状の周側壁（以下、外周側壁という）２ａと、弧状部を有して上方に膨らむ天部（以下、外天部という）２ｂと、弧状部を有して下方に膨らむ底部（以下、外底部という）２ｃとを備えている。

外底部２ｃは、外周側壁２ａの下端とつながって一体に形成されている。外天部２ｂは、外周側壁２ａと分離可能に構成されており、外天部２ｂが外周側壁２ａの上端に載置されるように構成されている。

外天部２ｂの下端の外周には、下方に突出する環状囲繞体２ｄが設けられている。環状囲繞体２ｄは、外天部２ｂが外周側壁２ａの上端に載置されたときに、外周側壁２ａの上端外周を囲むように構成されている。

外天部２ｂの上には、ケーシング２内の上部に設けられる冷却用ファン４のモータ４ａが設けられている。外底部２ｃの下には、インナーチャンバ３内の下部に設けられる加熱用ファン５のモータ５ａが設けられている。

インナーチャンバ３は、外周側壁２ａの内径よりも小さな外径の円筒状の周側壁（以下、内周側壁という）３ａと、内周側壁３ａの上端を覆う天部（以下、内天部という）３ｂと、内周側壁３ａの下端を塞ぎ平坦な底部（以下、内底部という）３ｃとを有している。

内底部３ｃは、内周側壁３ａの下端とつながって一体に形成されている。内天部３ｂは、内周側壁３ａの上端とつながり、内周側壁３ａと同心状の内開孔３ｄを有する周端天部３ｅと、外周部分が周端天部３ｅ上に載置されて内開孔３ｄを覆う閉塞体３ｆとを有している。

周端天部３ｅと閉塞体３ｆとは分離可能に構成されており、閉塞体３ｆを外した状態の内開孔３ｄは、熱処理されるワークＷをインナーチャンバ３内へ配置する際の挿入口となる。

閉塞体３ｆは、中央に矩形状の上部開孔３ｇを有する閉塞体本体３ｈと、上部開孔３ｇを閉塞可能な２枚の閉塞板３ｉとを有している。

２枚の閉塞板３ｉは、閉塞体本体３ｈ上をスライド可能に設けられており、上部開孔３ｇの中央で突き合わされて上部開孔３ｇを開閉自在に閉塞するように構成されている。

２枚の閉塞板３ｉは、図２に示すように、各々ケーシング２の外周に設けられたアクチュエータ３ｊで押し引きされて、互いに離れる方向にスライドされることにより、上部開孔３ｇを開放するように構成されている。

閉塞体３ｆは、外天部２ｂと一体に設けられている。閉塞体３ｆは、外天部２ｂの上部の中央に設けられた冷却用ファン４の下方に、間隔を隔てて配置されている。

冷却用ファン４と閉塞体３ｆとの間には、ケーシング２内の雰囲気の流れを案内するガイド６が設けられている。ガイド６は、閉塞体３ｆの外周を囲む程度の大きさで開放された下端と、上方の冷却用ファン４に向かって開放された上端とを有し、下端側よりも上端側の口径が狭くなるように形成されている。

ガイド６の上端上方に設けられた冷却用ファン４の周りには、冷却用ファン４を囲むように冷却装置７が設けられている。冷却用ファン４と冷却装置７が作動すると、冷却用ファン４の下方から引き込まれた空気が冷却用ファン４により外周側に移動し、冷却装置７により冷却されてインナーチャンバ３の外周側に流れるようにガイド６により案内される。

内底部３ｃは、外底部２ｃから立設された脚２ｅ上に載置され、内周側壁３ａは外周側壁２ａとほぼ同心に配置されている。このため、内底部３ｃと外底部２ｃとは上下に間隔が隔てられており、内周側壁３ａと外周側壁２ａとの間は全周に亘って間隔が隔てられている。

内底部３ｃ上には、ワークＷが載置される載置台８が、内底部３ｃから上方に間隔を隔てて設けられている。載置台８と内底部３ｃとの間には、外底部２ｃの下に設けられたモータ５ａとつながった加熱用ファン５が設けられている。

インナーチャンバ３内には、内周側壁３ａに沿って複数のヒータ９が、内周側壁３ａの周方向において適宜間隔を隔て配置されている。ヒータ９は、ワークＷが載置される載置台８上の空間を囲むように設けられている。

インナーチャンバ３の外周、すなわち、外周側壁２ａと内周側壁３ａとの間には、複数の通気流路１０が設けられている。

通気流路１０は、断面が矩形状をなし、上端が開放され、下端が閉塞されている角筒状のダクトパイプであり、各々上下方向に沿って設けられている。

本実施形態においては、図３に示すように、内周側壁３ａの外側に周方向に沿って等間隔に１６本の通気流路１０が設けられている。

尚、図３においては、閉塞板３ｉをスライドさせる機構及びガイド６は省略している。

図１に示すように、各々の通気流路１０には、互いに上下方向に間隔を隔てて設けられた４つの吐出孔１０ａが設けられている。吐出孔１０ａの数は、４つに限らず、いくつ設けてもよい。

各吐出孔１０ａは、インナーチャンバ３内に引き込んで設けられており、冷却装置７が設けられている通気流路１０の上方の空間（冷却空間）Ｓと、インナーチャンバ３内とが連通するように構成されている。

吐出孔１０ａの断面積は、通気流路１０の断面積よりも十分小さく設定されている。このため、通気流路１０を通って吐出孔１０ａから吐出される空気は、インナーチャンバ３内へと吹き出して、ワークＷに吹き付けるように吐出される。

通気流路１０の上端部には、当該通気流路１０の上端開孔１０ｂを開閉可能な蓋体１１が設けられている。

蓋体１１は、図４に示すように、各々ケーシング２の外周に設けられたアクチュエータ３ｋにラックアンドピニオン機構３ｌ（図４（Ａ）参照）、もしくはモータ３ｋにピニオン機構３ｌ（図４（Ｂ）参照）を介して連結された回転軸３ｍに蓋体１１が取り付けられている。このため、アクチュエータ３ｋ等により蓋体１１を回動駆動し、上端開孔１０ｂを全開・全閉したり、蓋体１１を所定の角度で保持して、上端開孔１０ｂの開度を任意に調整することができる。

すなわち、アクチュエータ３ｋ等により、蓋体１１で通気流路１０を閉塞すること、蓋体１１を開いて冷却空間Ｓとインナーチャンバ３内とを連通すること、並びに蓋体１１の角度を調節することにより通気流路１０内へ流れ込む空気の流入量を調整することができる。

ケーシング２の外方に設けられている、閉塞板３ｉをスライドさせるアクチュエータ３ｊ、蓋体１１を開閉するアクチュエータ３ｋやモータ３ｋ、冷却用ファン４のモータ４ａ、並びに加熱用ファン５のモータ５ａや、冷却装置７及びヒータ９は、いずれもケーシング２の外部から操作することができる。

このため、例えば、ワークＷの形状に応じてアクチュエータ３ｋ等を操作し、各通気流路１０の蓋体１１の角度を調整する、あるいは、時間経過に伴って各通気流路１０の蓋体１１の角度を変更することができる。尚、閉塞板３ｉをスライドさせる機構及び蓋体１１を開閉する機構は、これに限るものではなく、各種周知の装置を使用することができる。

本実施形態にかかるバッチ式熱処理炉１の作用について説明する。まず、図５に示すように、ケーシング２の外天部２ｂと一体となった炉体上部１ａを取り外し、インナーチャンバ３の内開孔３ｄからワークＷを載置台８上に載置する。その後、炉体上部１ａを炉体下部１ｂ上に配置する。このとき、周端天部３ｅ上に閉塞体３ｆが載置されて内開孔３ｄが塞がれる。

次に、図１に示すように、閉塞板３ｉにより上部開孔３ｇを閉止し、蓋体１１により各通気流路１０を閉止した状態で、外部からの操作により加熱用ファン５とヒータ９を作動させてワークＷを加熱する。このとき、冷却用ファン４及び冷却装置７は停止している。

ワークＷの加熱終了後、外部からの操作により加熱用ファン５とヒータ９を停止させ、図６、図７に示すように、閉塞板３ｉをスライドさせることにより上部開孔３ｇを開放し、各通気流路１０の蓋体１１の角度を調節する。

すなわち、ワークＷの冷却され難い部位と対向する吐出孔１０ａを有する通気流路１０の蓋体１１は、より大きく開放し、ワークＷの冷却されやすい部位と対向する吐出孔１０ａを有する通気流路１０の蓋体１１は、他よりも小さく開放する、或いは、閉塞するように蓋体１１の角度を調節するなど、均一な冷却のために、ワークの形状等に応じた設定を行う。

その後、冷却用ファン４と冷却装置７を外部からの操作により作動させ、ワークＷを冷却する。図７において、通気流路１０を黒色で示している部位は、蓋体１１を開くことにより上方から見える通気流路１０内方を示している。

本実施形態にかかるバッチ式熱処理炉１によれば、熱処理室をなすインナーチャンバ３の外周部に設けられ、当該インナーチャンバ３内と冷却装置７を備えた冷却空間Ｓとを連通する複数の通気流路１０に、通気流路１０を各々個別に開閉可能な蓋体１１が設けられているので、冷却空気が流れる通気流路１０と、流れない通気流路１０とを作り出す、あるいは、流量を変えた通気通路１０を作り出すことができる。

このため、冷却するワークＷの形状等に応じて、例えば冷却され難い部位と対向する位置に吐出孔１０ａを備える通気流路１０の蓋体１１を開放し、冷却されやすい部位と対向する位置に吐出孔１０ａを備える通気流路１０の蓋体１１を閉止したり、あるいはそれら通気流路１０の蓋体１１の開度が相違するようにすることで、ワークＷに向けて噴き出す冷却空気の量を通気流路１０ごとに異ならせることができる。その結果、ワークＷをより均一に冷却することができる。

すなわち、開放する蓋体１１の角度を調節することによって、通気流路１０内に流入する冷却空気の流入量を調節することができる。これにより、各々の通気流路１０が備える吐出孔１０ａから吐出される冷却空気の量をきめ細かく調整することができるので、ワークＷの形状等に合わせてより均一に冷却することができる。

また、吐出孔１０ａの断面積は、通気流路１０の断面積よりも十分小さいので、吐出孔１０ａから吐出される冷却空気は、通気流路１０内を流れる空気よりも流速が速い。このため、冷却空気をワークＷに吹き付けるように吐出させて効率よく冷却することができる。

また、各蓋体１１は、ケーシング２の外部から開閉可能なので、加熱処理後に冷却するとき、または、冷却処理中に炉体上部１ａを開放することなく蓋体１１を開放、または、開放角度を調整することができる。このため、作業が簡単であり効率よく作業を進めることができる。

また、ワークＷの温度をモニターできる装置を備えている場合には、ワークＷの温度状態に応じていつでも蓋体１１を開放角度を調整できて、ワークＷをさらに均一な温度に冷却することができる。

上記実施形態においては、内周側壁３ａの外周に、断面が矩形状の１６本の通気流路１０が設けられている例について説明したが、断面形状及び本数はこれに限るものではない。

また、上下方向に沿う同一の通気流路１０が設けられている例について説明したが、これに限るものではない。例えば、図８に示すように、互いに隣り合う２本の通気流路１０のうち、一方の通気流路１０が上側のみに設けられて２つの吐出孔１０ａを有し、他方の通気流路１０が分岐されて隣りの通気流路１０の下側に亘るように配置され６つの吐出孔１０ａを有しているなど、通気流路１０の形状及び各通気流路１０が有する吐出孔１０ａの数は任意に設定することができ、通気流路１０には、吐出孔１０ａの数及び配置が異なる通気流路１０が含まれていてもよい。

上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

１ バッチ式熱処理炉
１ａ 炉体上部
１ｂ 炉体下部
２ ケーシング
２ａ 外周側壁
２ｂ 外天部
２ｃ 外底部
２ｄ 環状囲繞体
２ｅ 脚
３ インナーチャンバ
３ａ 内周側壁
３ｂ 内天部
３ｃ 内底部
３ｄ 内開孔
３ｅ 周端天部
３ｆ 閉塞体
３ｇ 上部開孔
３ｈ 閉塞体本体
３ｉ 閉塞板
３ｊ アクチュエータ
３ｋ アクチュエータまたはモータ
３ｌ ラックアンドピニオン機構またはピニオン機構
３ｍ 回転軸
４ 冷却用ファン
４ａ モータ
５ 加熱用ファン
５ａ モータ
６ ガイド
７ 冷却装置
８ 載置台
９ ヒータ
１０ 通気流路
１０ａ 吐出孔
１０ｂ 上端開孔
１１ 蓋体
Ｓ 冷却空間
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 炉体内に設けられ、熱処理室をなすインナーチャンバと、
   上記炉体内に設けられ、空気を冷却する冷却装置を備えた冷却空間と、
   上記炉体内で上記インナーチャンバの外周部に設けられ、該インナーチャンバ内と上記冷却空間とを連通する複数の通気流路と、
   各々の上記通気流路に設けられる蓋体とを備え、
   各々の前記蓋体は個別に、前記通気流路ごとに前記冷却空間から前記インナーチャンバへの空気の流入量を異ならせるように当該通気流路を開度調節自在に開閉可能であり、
   各々の前記通気流路は吐出孔を備え、該吐出孔により前記インナーチャンバ内と連通され、
   複数の上記通気流路には、分岐されて配置される当該通気流路、並びに上記吐出孔の数及び配置が異なる通気流路が含まれていることを特徴とするバッチ式熱処理炉。
2. 前記蓋体は、前記炉体の外部から開閉可能であることを特徴とする請求項１に記載のバッチ式熱処理炉。
3. 前記吐出孔は、前記通気流路の断面積よりも小さな断面積で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のバッチ式熱処理炉。

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